摘要:分析地下连续墙、钻孔灌注桩、ＳＭＷ工法桩、ＴＲＤ工法墙＋钻孔灌注桩等围护结构方案在富水砂砾层中的适用性进行探讨具有重要工程价值。本文依托呼和浩特地铁车站实际工程结合数值分析、现场调研等方法从变形特性、经济性和施工质量等方面对比分析了不同种类围护结构在富水砂砾层中的适用性。在此基础之上，对ＴＲＤ工法墙现场实施工艺和质量控制关键点进行了分析探讨。研究结果表明:在富水砂砾层中ＴＲＤ工法墙＋钻孔灌注桩具有经济性好、水平变形小和施工质量好等优势；施工过程中需充分考虑地层含水率、水泥掺量、黏土含量等因素的影响必要时需进行正交试验确定ＴＲＤ工法墙配比。
关键词:ＴＲＤ工法；富水砂砾层；深基坑；围护结构；方案比选；施工工艺
随着我国经济的快速发展，作为缓解交通压力的重要交通措施，地铁建设规模不断增多。地铁车站基坑开挖是整个地铁建设的重要环节，作为深大基坑基坑，开挖过程中围护结构的选型是影响其修建安全的重要因素。近年来地下连续墙、钻孔灌注桩、ＳＭＷ工法桩、ＴＲＤ工法墙＋钻孔灌注桩等基坑围护组合结构在我国软土地区得到了广泛应用，具有深度大、适用地层广泛和施工质量易控、隔水效果好等优势。但在富水砂砾层中，上述围护结构型式的适用性仍不明确。因此，对其展开研究具有重要工程价值。
目前，已经由较多学者对不同地层条件下基坑常用围护结构的适用性展开了研究，并取得了许多可以借鉴的成果，但成果多集中于软土等松软地层中。由于地质条件的特殊性，上述成果在砂砾层中是否存在普遍性不得而知。除此之外，ＴＲＤ工法墙展开了较多研究并取得了许多可以借鉴的参考王卫东等通过对ＴＲＤ工法墙在上海多个深大基坑工程中的实时监测得到了该工法桩在软土地层中的承载变形特性和设计方法，并提出了其施工关键技术和监测方法；谭轲等通过理论方法分析了ＴＲＤ中型钢和水泥土的相互作用机理，并通过现场试验对理论方法进行了验证；吴国明等通过现场试验对ＴＲＤ工法墙在深厚砂土层中的隔水效果进行了验证和分析，上述研究成果可为ＴＲＤ工法墙的现场应用提供参考，但实际工程中仍存在围护结构选型不清，ＴＲＤ工法墙＋灌注桩施工关键参数不明等问题。
本文结合呼和浩特某实际地铁车站基坑工程，首先通过数值模拟、现场调研等方法对比分析了基坑常用围护结构在富水砂砾层中的开挖变形、经济性等指标；在此基础之上对ＴＲＤ工法墙现场实施工艺和质量控制关键因素进行了分析探讨研究。成果可为工程实践提供参考。
２.１车站概况
呼和浩特站位于锡林郭勒北路和车站东西街的交叉路口，沿锡林郭勒北路布置，东北侧为中国邮政大楼，东南侧为私人停车场，西北侧为呼和浩特市长途汽车站，西南侧为国贸商
城，如图１所示。车站东西街为东西向布置，规划道路红线宽为３０ｍ，设双向六车道现状交流量较大。
本站为地下三层双柱三跨岛式车站，车站主体长度１９５ｍ，标准段宽２２.９ｍ，深约２３.８ｍ。车站有效站台中心里程为ＤＫ１４＋６５６.６４７，起、止里程为ＤＫ１４2＋５３９.６４７~ＤＫ１４＋７３４.６４７。本站采用明挖顺做＋局部盖挖法施工，附属结构均采用明挖顺做法施工，其中１号风亭长４６ｍ，基坑深度为１０.６２~１２.２ｍ，１号出入口长为５７.８８ｍ，基坑深度为２０.１~２２.５ｍ。
２.２水文地质条件
根据岩土工程勘察报告该工程附属结构范围内勘察揭示地层由上至下参见表１。该工程场地地下水属潜水类型，现场实测水位埋深６~７ｍ，场地各水层多为强透水层，下部的隔水层多不连续且不完整，地下水位相互渗透。
３.１围护结构方案及数值模型
目前结合地质条件和周围环境，地下深基坑明挖工程中多采用地下连续墙、钻孔灌注桩、ＳＭＷ工法桩、ＴＲＤ工法墙＋灌注桩等作为围护结构。其中，ＴＲＤ工法墙＋灌注桩应用时间较短，多用于我国沿海软土地区开挖深度小于１５ｍ的明挖基坑工程中，且认可度较高。但在富水砂砾层中开挖深度超过２０ｍ的深基坑工程中应用较少。
为了综合对比上述四种维护结构在经济效益、施工质量和整体变形等方面的优劣势，以本文工程为例，选用数值模拟方法对地下连续墙、钻孔灌注桩、ＳＭＷ工法桩、ＴＲＤ工法墙＋灌注桩四种围护结构进行对比分析，整体数值模型如图２所示。
由于基坑开挖深度为２４ｍ，故四种围护结构深度均选择为４８ｍ。钻孔灌注桩直径为８００ｍｍ，净间距为３００ｍｍ；ＳＭＷ工法桩直径为７５０ｍｍ，型钢采用５００×２００×１０×６型号，密插布置，间距为４５０ｍｍ；ＴＲＤ工法墙＋灌注桩中工法桩墙厚选用７５０ｍｍ，钻孔灌注桩直径６００ｍｍ，间距９００ｍｍ，其中ＴＲＤ工法墙主要起到止水隔水作用，钻孔灌注桩主要承担开挖引起的侧向土压力；地连墙厚度为８００ｍｍ。其典型断面如图３所示。
土体采用摩尔库伦模型进行模拟，围护结构采用线弹性模型，具体参数见表１和表２所示。模拟步骤如图４所示。
３.２围护结构变形比选
按照图４中数值模拟顺序进行施工过程模拟，并提取不同形式围护结构水平变形沿深度变化如图５所示。
结合图５可知，开挖至第一道撑时，ＴＲＤ工法墙＋灌注桩水平变形最小，ＳＭＷ工法桩、地下连续墙水平变形与ＴＲＤ工法墙＋灌注桩水平变形较为接近，而钻孔灌注桩的水平变形最大，且在开挖至第二道撑、第三道撑和施作底板后围护结构变形规律与开挖至第一道撑时的规律较为一致。
上述四种围护结构的水平变形均可描述为抛物线形和悬臂式的组合形态，且四种围护结构的水平变形均产生于１５ｍ左右，该土层为粉质黏土，与本工程其他土层相比，该土层较软，故容易引起围护结构产生较大变形。
由此可见，在其他工况相同的条件下，基坑开挖完成后，ＴＲＤ工法墙＋灌注桩的最大水平变形最小，仅为３９.８９ｍｍ，ＳＭＷ工法桩和地连墙的水平变形次之，分别为４２.３６ｍｍ和４６.０１ｍｍ，而钻孔灌注桩的水平变形最大为５５.０６ｍｍ。
３.３围护结构经济性和施工质量比选
结合当地地质条件和施工条件经调研计算后总结得到每延米地下连续墙、钻孔灌注桩、ＳＭＷ工法桩、ＴＲＤ工法墙＋灌注桩单价如表３所示。
结合表３可知，在四种围护结构中，每延米ＳＭＷ工法桩的施工费用最低，钻孔灌注桩施工费用次之；每延米地下连续墙的施工费用最高，ＴＲＤ工法墙＋灌注桩施工费用次之。且根据ＴＲＤ工法墙＋灌注桩的施工过程可知，在施工过程中先将链锯型切削刀具插入地基，掘削至车站基坑需要的深度再向土体的内筒注入先前配置而成的固化剂，再横向掘削、搅拌，水平推进，筑成水泥土搅拌连续墙该工法施工速度较快能够在一定程度上节省工期，而地下连续墙施工速度较慢。
根据魏祥等的研究可知，当基坑开挖深度超过１５ｍ后，采用ＳＭＷ工法桩作为围护结构时，ＳＭＷ工法桩的施工过程中容易出现工法桩桩体开叉等工程质量问题，进而影响深基坑的安全稳定性，不能较好地保障工程顺利安全进行。且本工程周边环境复杂且地表为富水砂砾地层条件下，不具备降水施工条件时地下连续墙成槽又困难，无法完成地下连续墙施工。
综合围护结构的变形、施工质量控制、施工速度和施工成本可知，在类似富水砂砾层中ＴＲＤ工法墙＋灌注桩不仅造价较低、施工速度较快，而且能够较好地控制水平变形，有效降低基坑开挖风险。可对ＴＲＤ工法墙＋灌注桩的关键施工参数进行优化，进而为施工提供参考。
▍４ＴＲＤ工法墙＋灌注桩围护结构实施及效果
４.１ＴＲＤ工法墙现场实施流程
ＴＲＤ工法墙施工步骤主要包括测量放线、开挖沟槽、吊放预埋箱、桩机就位、安装测斜仪、ＴＲＤ水泥搅拌土工法成墙、置换土处理、拔出切割箱等，施工流程如图６所示
４.２ＴＲＤ工法墙施工要点
(１)在等厚度水泥土搅拌墙切割箱自行打入挖掘工序和先行挖掘地基过程中，挖掘液的注入量宜控制到最小，必要时可预先回填黏土。
(２)成墙搅拌时，要保持较快的横行推进速度，拌站和浆泵要确保提供与搅拌推进速度相匹配的水泥浆液。
(３)后续施工的墙体与已成型墙体搭接长度需保持３０~５０ｃｍ，严格控制搭接区域的推进速度，使固化液与混合泥浆充分混合搅拌搭接，施工中须放慢搅拌速度，保证搭接质量，如图７所示。
(４)ＴＲＤ工法成墙搅拌结束后或因故停待，切割箱体宜远离成墙区域不少于３ｍ，并注入高浓度的挖掘液进行临时退避养生操作。
(５)ＴＲＤ水泥搅拌土连续墙与车站接口处采用三排高压旋喷注浆处理，保证接口处止水效果。
(６)正式施工前应进行试成墙施工，深度应涵盖工程中所有深度。本工程为１６.３~２９.６ｍ，墙厚为０.８５ｍ，注浆区水平延长６ｍ。挖掘混合泥浆流动度应控制在０.１６~０.２４ｍ，可每立方被搅土体掺入约１００ｋｇ的膨润土。而固化液混合泥浆流动度应控制在０.１５~０.２８ｍ，墙体２８ｄ无侧限抗压强度不低于０.８ＭＰａ。
(７)结合现场地质条件，通过正交试验确定了固化液配比为：每立方被搅拌土体掺入２５％的水泥，即每立方米土掺入４５０ｋｇＰ.Ｏ４２.５级普通硅酸盐水泥；水灰比为１.２~１.８，即施工过程每１０００ｋｇ水泥，掺１２００~１８００水拌制浆液(搭接施工时水灰比１.５~１.８)，地层含水率低时取大值。
４.３钻孔灌注桩实施流程
钻孔灌注桩现场实施步骤包括:测量放线并定位→钢护筒埋设→成孔→第一次清孔→钢筋笼制作→钢筋笼吊装→导管组装和安放→第二次清孔→混凝土灌注。
由于钻孔灌注桩应用较多相关技术较为成熟故在此不对施工质量控制要点进行赘述。
４.４现场实施效果
施工过程中，对ＴＲＤ工法墙的水平位移进行了监测，施工完成后，不同点位上ＴＲＤ工法墙顶最大水平位移如图８所示。由图可知，ＴＲＤ工法墙最大位移均小于位移报警值，且安全系数较大，整体施工效果较好。
▍５结 论
本文依托某实际工程，结合数值分析、现场调研等方法，从变形特性、经济性和施工质量对比分析了围护结构形式在富水砂砾层中的适用性。在此基础之上，对ＴＲＤ工法墙现场实施工艺和质量控制关键点进行了分析探讨。主要结论如下:
(１)富水砂砾层中，与地下连续墙、钻孔灌注桩、ＳＭＷ工法桩相比ＴＲＤ工法墙＋钻孔灌注桩具有经济性好、水平变形小和施工质量好等优势。
(２)后续施工的墙体宜搭接已成型墙体约３０~５０ｃｍ，且ＴＲＤ水泥搅拌土连续墙与车站接口处采用三排高压旋喷注浆处理。
(３)施工过程中需充分考虑地层含水率、水泥掺量、黏土含量等因素对墙体强度的影响，必要时需进行正交试验确定其配比。
来源：《铁路建设技术》
作者：贾建彬
编辑整理：项敏
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▍TRD工法
TRD工法（Trench-Cutting & Re-mixing Deep Wall Method），又称等厚度水泥土地下连续墙工法，其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中，然后作水平横向运动，同时由链条带动刀具作上下的回转运动，搅拌混合原土并灌入水泥浆，形成一定强度和厚度的墙。
TRD工法通过水平横向运动成墙，可形成没有接口的等厚连续墙体，其止水防渗效果远远优于柱列式地下连续墙和柱列式搅拌桩加固，其主要特点是环境污染小、成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好、防渗性能好、施工安全，与传统柱列式地下连续墙相比隔渗，经济性好。
TRD工法适应粘性土、砂土、砂砾及砾石层等地层，在标贯击数达50~60击的密实砂层、无侧限抗压强度不大于5MPa的软岩中也具有良好的适用性。可广泛应用于超深隔水帷幕、型钢水泥土搅拌墙、地墙槽壁加固等领域。
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TRD工法施工流程及典型案例
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